2019, Vol. 35
2. 中国地质大学(北京), 北京 100083;
3. 中国地质科学院, 北京 100037;
4. 河北省区域地质矿产调查研究所, 廊坊 065000
2. Chinese University of Geosciences, Beijing 100083, China;
3. Chinese Academy of Geological Sciences, Beijing 100037, China;
4. Institute of Regional Geology and Mineral Resources Survey in Hebei province, Langfang 065000, China
胶东金矿集区目前已探明金资源储量达4500t，占全国金资源储量的90%以上。区内分布有百余处金矿床，已探明储量超百吨的特大型金矿床有三山岛北部海域金矿(储量470.47t)、西岭金矿(储量382.58t)、纱岭金矿(储量309.93t)、焦家金矿(储量206t)、水旺庄金矿(储量170.543t)、新立村金矿(储量141.81t)6处；储量大于50t小于100t的金矿近10处，其中山东招远市台上矿区新增金59.4t、玲珑金矿新增金50t、三山岛金矿新增金60t。此外，在烟台市牟平区新发现了辽上大型金矿，资源储量69t，形成了以三山岛、焦家、玲珑和邓格庄为代表的四个千吨级金矿田，使胶东地区一跃成为世界第三大金矿区，稳固了其黄金生产基地的地位。
胶东金矿主要分布于招远-莱州、蓬莱-栖霞、牟平-乳山三大金成矿带，金矿床类型主要为以破碎蚀变为特征的“焦家式”和以石英脉为特征的“玲珑式”两种类型(Li et al., 2015; Song et al., 2015; Wen et al., 2015; Deng and Wang, 2016; Deng et al., 2017)。西部以“焦家式”为主，有少量“玲珑式”(Deng et al., 2015a, b; Yang et al., 2016a, b, 2017)；而东部以“玲珑式”为主，有少量“焦家式”(Yang et al., 2016c, d; Zhu et al., 2018)。作为胶东金矿重要的类型之一的石英脉型金矿，一般为中、小型，少数为大型、特大型和超大型，含金量普遍高，主要受北东向断裂构造及派生的低序次断裂控制。胶东典型石英脉型矿床包括胶东西部的玲珑、金翅岭金矿以及胶东东部的金青顶、邓格庄、三甲、英格庄、照岛山等金矿床。邓格庄金矿地处胶东东部苏鲁超高压带内，距烟台市牟平区城南30km，黄金储量已超过50t，是胶东牟平-乳山成矿带第二大石英脉型金矿床(薛建玲等，2018)。对该金矿进行深入系统全面的解剖研究，对认识苏鲁超高压带内金矿的成因和找矿方向乃至整个华北克拉通中生代破坏过程中的成矿效应及深部过程均具有不可或缺的作用。近年来，前人重点对金矿地质特征、围岩蚀变、流体包裹体特征、地球化学和成因矿物学等方面开展了研究，探讨了成矿流体特征、成矿物质来源和矿床成因(高太忠等，2001；张连昌等，2001；胡芳芳等，2007a；薛建玲等, 2012, 2013, 2018；Xue et al., 2014)。但受认识水平、研究手段和工作程度等因素制约，总体来说，无论与胶东东部牟平-乳山成矿带第一大金矿床金青顶石英脉型金矿相比(Zhu et al., 2018)，还是与胶东西部的大中型金矿相比(Li et al., 2015; Deng et al., 2014, 2015a, b, 2017; Wang et al., 2015；Deng and Wang, 2016; Wen et al., 2016; Yang et al., 2016a, b, c, d, 2017; Bi and Zhao, 2017)，邓格庄金矿的理论研究显然还很不够。关于金矿围岩昆嵛山岩体成岩时代和金矿成矿时代研究，虽然也有同位素测年数据(胡芳芳等，2006a)，但是质量不高，为金矿石热液锆石U-Pb测年，缺少高精度的测年数据；而且亦缺乏系统的同位素证据，极大地制约了对区域成矿动力学背景和矿床成因的全面认识。本文在充分利用前人已有资料的基础上，认真调查区域和矿区地质背景，对邓格庄金矿围岩昆嵛山二长花岗岩开展了U-Pb高精度的年代学测试，对成矿前期蚀变岩中蚀变的钾长石和绢云母开展了高精度的39Ar-40Ar定年，并系统研究了金矿深部及其外围S-Pb-H-O同位素特征，以期建立中生代岩浆岩演化序列，对热液成矿事件的世代做出限制，从而探讨矿床成因模式，为苏鲁超高压带内金矿更深入的研究奠定了基础。
1 地质背景胶东半岛被烟台-青岛-五莲断裂一分为二，北部称为胶东地块，南部称为苏鲁超高压变质带(图 1)。邓格庄金矿位于胶东牟平-乳山金成矿带北部，西侧为蓬莱-栖霞和招远-莱州金成矿带，东侧为苏鲁超高压变质带。该矿床为一典型的石英脉型金矿，金矿体产于中生代昆嵛山二长花岗岩体(简称“昆嵛山岩体”)内，受北北东向的金牛山断裂西侧的次级断裂控制。围岩昆嵛山岩体在东南部被中生代晚期的三佛山似斑状花岗岩侵入，西侧与古元古代荆山群变质岩接触。矿区内的昆嵛山岩体常见荆山群变质岩捕虏体。主要岩性为黑云变粒岩、斜长透辉岩、透辉大理岩、斜长角闪岩。另见多条与金矿脉体时空关系密切的脉岩，种类较多，主要有煌斑岩、闪长岩、闪长玢岩、花岗伟晶岩、石英脉等，沿矿脉或穿切矿脉分布，规模较小，形成时代主要为早白垩世(Li et al., 2014; Deng et al., 2017)。
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图 1 胶东牟乳地区区域地质图(据Yang et al., 2016a, b, c, d; Deng et al., 2015a, b, 2017; Deng and Wang, 2016; 薛建玲等，2018修编) Fig. 1 Geological sketch map of Mouping-Rushan gold belt in Jiaodong Peninsula (modified after Yang et al., 2016a, b, c, d; Deng et al., 2015a, b, 2017; Deng and Wang, 2016; Xue et al., 2018) |
区内有多条矿化带，矿体主要出现在Ⅰ和Ⅱ号矿化带中，具分枝复合、尖灭再现和膨胀收缩现象(图 2)。Ⅰ号矿化带位于矿区东部，距金牛山断裂带约300m，自南向北逐渐靠近该断裂带，并受其控制。区内出露长约2000m，宽数米，局部可达数十米，呈舒缓波状弯曲，走向10°~25°，倾向北西，倾角40°~89°。在该带共发现有5条矿脉，其中Ⅰ1和Ⅰ2两矿脉的规模最大，地表连续性较好，均倾向北西，金品位2.56~54.23g/t，厚度0.30~3.82m，自南向北矿化逐渐变弱。Ⅱ号矿化带位于矿区中部，距金牛山断裂带约400m。区内出露长约1200m，宽度变化较大，从十几厘米至十余米，局部可达数十米，走向10°左右，倾向北西，倾角67°~87°，局部近直立。金品位较低，一般小于0.5g/t(薛建玲等，2018)。
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图 2 邓格庄金矿矿区地质图(据Xue et al., 2014；薛建玲等2018修改) 1-砾、砂、亚砂土、亚粘土；2-煌斑岩脉；3-闪长玢岩脉；4-黄铁矿石英脉；5-昆嵛山二长花岗岩；6-地质界线；7-见矿钻孔位置及编号；8-未见矿钻孔位置及编号；9-断层及编号；10-勘探线及编号 Fig. 2 Geological map of the Denggezhuang gold deposit (after Xue et al., 2014, 2018) |
矿体中的矿石矿物主要为黄铁矿，少量黄铜矿、方铅矿、闪锌矿和金矿物，脉石矿物主要为石英，少量斜长石、绢云母、方解石等，含金矿物为银金矿、自然金。矿石结构以晶粒状、碎斑状、碎裂状、自形-半自形粒状为主，次为交代残余结构；矿石构造以块状、浸染状为主，条带状次之。金的粒度主要为粗粒金和微细粒金，少量中粒金和巨粒金，以晶隙金为主，次为包体金，少量粒间金和裂隙金。金矿物形态主要为角砾状，少量枝杈状。矿石主要有益组分为Au，伴生有用组分Ag、S可综合回收利用。
矿床围岩蚀变较发育，蚀变作用类型主要为硅化、绢云母化、黄铁矿化和钾化、碳酸盐化，少量绿泥石化。围岩蚀变具明显分带特征，自含金石英脉(矿体)向两侧依次为(黄铁)绢英岩化-钾长石(赤铁矿)化-未蚀变二长花岗岩。不同蚀变带间呈渐变过渡关系。各蚀变带的宽窄不等，随蚀变强弱而定。一般上盘蚀变强，下盘蚀变弱(图 3)。
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图 3 Ⅱ1矿体-465m中段17穿北壁岩性分带素描图 Fig. 3 Sketch profile diagram of hydrothermal alteration assemblage zoning of north face of No. 17 transverse drift -465m level of Ⅱ1 orebody |
根据野外观察及镜下显微分析，邓格庄金矿成矿过程包括热液蚀变期和热液成矿期。热液蚀变期又分为钾长石化阶段和绢云岩化阶段，热液成矿期从早到晚可分为Ⅰ~Ⅴ等5个主要阶段(图 4)。钾长石化阶段：呈肉红色，中细粒结构，块状构造，钾长石大量交代斜长石，并包裹斜长石和石英。矿物组合为石英、钾长石、斜长石和少量的黑云母、金红石、赤铁矿等。绢英岩化阶段：蚀变作用进一步增强，大量的绢云母和白云母出现。矿物组合为绢云母、白云母和呈他形细粒或隐晶质结构的石英等。(Ⅰ)黄铁绢英岩阶段：出现较丰富的浸染状黄铁矿，开始发生金沉淀作用。黄铁矿颗粒较为粗大，石英颗粒细小，自形程度较差。(Ⅱ)黄铁矿石英阶段：矿物组合为大量石英和少量黄铁矿。黄铁矿颗粒粗大，自形-半自形粒状结构，形态多为立方体，少量为五角十二面体；石英为乳白色粒状集合体，半自形晶，粒度较大。(Ⅲ)石英黄铁矿阶段：矿物组合与Ⅱ阶段基本相同，但以黄铁矿为主，石英次之。黄铁矿颗粒细小，晶形不规则，多为他形或不规则块状集合体，部分半自形。近地表处表面常见褐铁矿化。石英多为烟灰色，颗粒细小，自形及半自形晶居多。该阶段含金量高，金矿物以自然金和银金矿产出。(Ⅳ)多金属硫化物阶段：矿物组合为黄铁矿、黄铜矿、方铅矿、闪锌矿、磁黄铁矿、磁铁矿、褐铁矿和石英等。黄铁矿呈不规则状或细粒状与其他硫化物构成块状或条带状矿石；石英为浅烟灰色，自形程度差。多金属硫化物与金银矿、银金矿密切共生。(Ⅴ)石英碳酸盐阶段：矿物组合主要有铁方解石，铁白云石及菱铁矿和石英，金的含量较低，硫化物矿物仅见少量黄铁矿。其中第Ⅲ和Ⅳ阶段为主成矿阶段。
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图 4 邓格庄金矿不同成矿阶段矿石野外照片(据薛建玲等，2018) (a)钾长石化带中的黄铁矿-石英细脉(钾长石化阶段)；(b)黄铁绢英岩包裹钾长石花岗岩，后又被黄铁矿-石英脉穿切(Ⅰ)；(c)早期白色石英(Ⅱ)产出于后期灰色石英中(Ⅲ)，且呈左行构造角砾产出；(d)多金属硫化物(Ⅳ)包裹早期白色石英(呈团块)(Ⅱ)产出；(e)多金属细脉(Ⅳ)包裹白色石英(Ⅱ)和灰色石英(Ⅲ)，表明多金属硫化物阶段晚于该两期石英；(f)晚期菱铁矿脉(Ⅴ)穿插叠加于早期的破碎块状黄铁矿(Ⅲ)和受力褶皱的多金属硫化物脉(Ⅳ). Q1-早期白色石英(Ⅱ)；Q2-后期灰色石英(Ⅲ) Fig. 4 Photographs showing different mineralization of the Denggezhuang gold deposit (after Xue et al., 2018) |
用于U-Pb同位素测年的样品采自-385m标高坑道中。昆嵛山二长花岗岩主要造岩矿物为石英、钾长石、斜长石及黑云母, 含量分别约为25%、35%、30%和10%。岩石主体为灰白色, 中细粒结构, 块状构造, 局部受围岩的混染而呈斑杂状构造, 在受应力作用的地段呈似片麻状构造(图 5a)。钾长石化沿裂隙发育，裂隙内充填石英脉。石英大多为自形晶，少量形状不规则，具波状消光；斜长石为自形晶，可见聚片双晶；钾长石蚀变强烈，表面呈污浊的灰色；绢云母为细小鳞片状，局部结晶成片状白云母(图 5b)。
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图 5 昆嵛山二长花岗岩手标本(a)及单偏光显微照片(b) Kfs-钾长石；Pl-斜长石；Q-石英；Ser-绢云母；Bt-黑云母 Fig. 5 Hand specimen (a) and microphotograph (b) of Kunyushan monzonitic granite |
样品经破碎、淘选和磁选后挑选出晶形好、无裂纹和包体少的单颗粒锆石，对锆石进行粘靶后做透射、反射电子显微及阴极发光(CL)照相。
锆石U-Pb年龄测定和稀土元素分析在中国地质大学(北京)地质过程与矿产资源国家重点实验室激光剥蚀电感耦合等离子体质谱(LA-ICP-MS)仪上完成。激光剥蚀系统采用UP193SS型激光器，激光波长为193nm，束斑直径采用36μm和25μm，激光频率10Hz，预剥蚀时间5sec，剥蚀时间45sec；采用He作为剥蚀物质的载气，流速为0.45L/min；采用美国AGILENT科技有限公司生产的Agilent 7500a型质谱仪，用Ar气作为辅助气，流速为1.13L/min，RF功率为1350W，元素积分时间为15ms；年龄计算以标准锆石91500为外标进行同位素比值校正，元素含量以国际标样NIST612为外标，Si为内标计算；单个数据点误差均为1σ，加权平均值误差为2σ。数据处理采用Glitter4.4软件处理。
用于40Ar/39Ar同位素测年样品采自邓格庄金矿井下-465m中段含矿脉体围岩蚀变带中的钾长石化二长花岗岩和井下-265m中段含矿脉体围岩蚀变带中的黄铁绢英岩化蚀变岩。钾长石化二长花岗岩手标本(图 6a)为肉红色新鲜样品，伟晶结构，块状构造，原岩为昆嵛山二长花岗岩，镜下观察蚀变交代完全，主要矿物成分为钾长石(45%)、石英(50%)、少量黑云母、绢云母(＜5%)(图 6b)。石英为自形晶，具波状消光；钾长石已完全交代斜长石，表面呈混浊的灰色；绢云母为细小鳞片状，局部结晶成片状白云母。黄铁绢英岩化蚀变岩原岩为昆嵛山二长花岗岩，呈浅绿色(图 6c)，中细粒结构，块状构造，蚀变交代强烈，具有花岗鳞片变晶结构。主要矿物为绢云母(45%)，石英(50%)和少量的黄铁矿(＜5%)(图 6d)。石英大多为自形晶，少量形状不规则，具波状消光；绢云母为细小鳞片状，局部结晶成片状白云母，黄铁矿呈稀疏浸染状产出，多为立方体形状，粒度1~2mm。
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图 6 邓格庄金矿钾长石化二长花岗岩和黄铁绢英岩化蚀变岩手标本及单偏光显微照片 钾长石化二长花岗岩手标本(a)和单偏光照片(b)；黄铁绢英岩化蚀变岩采样位置(c)及其单偏光照片(d). Py-黄铁矿; Ms-白云母 Fig. 6 Hand specimens and microphotographs of potassium feldspar monzonitic granite and pyrite sericitolite from the Denggezhuang gold deposit |
测试对象为钾长石化二长花岗岩中的热液钾长石和黄铁绢英岩化蚀变岩中的热液绢云母，样品经破碎、淘选和磁选后挑选出>60目，100mg的蚀变后的次生钾长石和50mg的蚀变绢云母。用纯铝铂纸将0.18~0.28mm粒径的样品包装成直径约6毫米的球形，封闭于石英玻璃瓶中，置于中国原子能科学研究院49-2反应堆B4孔道进行中子照射，照射时间为24小时，中子通量为2.2464×1018。用于中子通量监测的样品是我国周口店K-Ar标准黑云母(ZBH-25，年龄为132.7Ma)。同时对纯物质CaF2和K2SO4进行同步照射，得出的校正因子为：(36Ar/37Ar)Ca=0.000271, (39Ar/37Ar)Ca=0.000652, (40Ar/39Ar)K=0.00703。
照射后的样品冷置后，装入圣诞树状的样品架中，密封去气之后，装入系统。
样品测试在北京大学造山带与地壳演化教育部重点实验室常规40Ar/39Ar定年系统完成。测定采用钽(Ta)熔样炉对样品进行阶步升温熔样，每个样品分为10~14步加热释气，温阶范围为800~1500℃，每个加热点在恒温状态下保持20分钟。系统分别采用海绵钛炉、活性炭冷井及锆钒铁吸气剂炉对气体进行纯化，海绵钛炉的纯化时间为20分钟，活性炭冷井的纯化时间为10分钟，锆钒铁吸气剂炉的纯化时间为15分钟。使用RGA10型质谱仪记录五组Ar同位素信号，信号强度以毫伏(mV)为单位记录。质谱峰循环测定9次，用峰顶值减去前后基线的平均值来获得Ar同位素的数据。
数据处理时，采用本实验室编写的40Ar/39Ar Dating 1.2数据处理程序对各组Ar同位素测试数据进行校正计算，再采用Isoplot 3.0计算坪年龄及等时线年龄(Ludwig，2003)。
硫、铅、氢氧同位素样品均采自邓格庄金矿坑道，钻孔和矿石堆不同成矿阶段矿石标本。样品进行粉碎，过筛至40~60目，在双目镜下进行单矿物挑选，挑选出测试矿物为5件石英各5g，9件黄铁矿、2件方铅矿、2件闪锌矿和2件磁黄铁矿各1g，纯度达到99%。实验测试是在核工业北京地质研究院测试分析中心完成的。硫同位素分析仪器为Delta V plus型硫稳定同位素质谱仪。硫同位素的数值是δ34S与Caòon Diablo Troilite (CDT)的比值表示的，分析误差为±0.2‰。硫化物铅同位素分析样品需要使用浓HF酸进行溶解，铅同位素的纯化作用是通过离子交换技术进行的)，铊(Tl)元素用来做内标。长期的NBS981标样的测试结果为206Pb/204Pb=16.940±0.010 (±2σ), 207Pb/204Pb=15.498±0.009, 和208Pb/204Pb=36.716±0.023。分析流程中的空白检测限为2×10-10g。氢氧同位素测试所用仪器为MAT-253型质谱，δD和δ18O均以SMOW标准报出。氧同位素测试采用常规的BrF5法，反应获得氧气，用组合冷阱分离SiF4、BrF3等杂质组分获得纯净的氧气。将纯化后的氧气在700℃铂催化作用下与碳棒逐级反应，逐一收集反应生成的CO2气体，送质谱测试。氢同位素测试通过真空热爆法打开包裹体，分离获得水，将获得的水与锌反应，获得氢气，然后用质谱仪进行氢同位素测定。硫同位素测试所用试验仪器为MAT253EM型质谱仪，采用国际标准V-CDT，分析精度为±0.2‰。铅同位素测试所用仪器为ISOPROBE-T热电离质谱仪，铅同位素比值误差以2σ计。
3 分析结果 3.1 昆嵛山二长花岗岩锆石U-Pb定年锆石无色透明，主要呈自形-半自形的长柱状、短柱状，可见少数呈细粒浑圆状，部分锆石内见细小的包裹体及裂纹，锆石粒径在50μm×58μm~183μm×392μm之间(图 7)。阴极发光图像显示锆石成分含量比较均匀，主要以振荡环带为主，其次可见少量锆石发育扇状环带。13个有效测点(如表 1)所在锆石都具有明显的振荡环带，其测点主要分布于协和曲线的附近，表现为锆石群的特征(图 7)，其206Pb/238U年龄加权平均值为155.8±2.1Ma(图 8)。
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图 7 昆嵛山二长花岗岩锆石测点分布及其206Pb/238U年龄 Fig. 7 Zircon point distribution and 206Pb/238U age of the Kunyushan monzogranite |
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表 1 昆嵛山二长花岗岩LA-ICP-MS锆石U-Pb测试结果表 Table 1 LA-ICP-MS U-Pb analyses of zircon grains from Kunyushan monzogranite |
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图 8 昆嵛山二长花岗岩锆石谐和曲线及206Pb/238U加权平均年龄 Fig. 8 Zircon harmonic curve and 206Pb/238U weighted mean age of the Kunyushan monzogranite |
样品39Ar-40Ar同位素分析结果列于表 2，相应的坪年龄和等时线年龄见图 9。误差置信区间为2σ，钾长石经过11个阶段的分步加热，加热区间为850~1400℃，其中1000~1400℃的温度即第3至第11加热阶段内，样品的年龄谱形成较平坦的年龄坪，其累积39Ar占总释放量的91.5%, 所获得的坪年龄为123.41±0.53Ma，在等时线图上，截距年龄为121.97±0.59Ma，反等时线截距年龄为122.71±0.76Ma。和坪年龄非常一致, 初始Ar同位素组成分别为332±35Ma和302±18Ma, 在误差范围内与大气Ar比值(295.5±0.5)基本一致, 说明样品冷却生成时没有捕获过剩Ar。
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表 2 邓格庄金矿钾长石化二长花岗岩中热液钾长石和黄铁绢英岩化蚀变岩中绢云母Ar同位素测定结果 Table 2 40Ar/39Ar analytical data for hydrothermal potassium feldspar from potassium feldspar monzogranite and for sericite from sericitolite in the Denggezhuang gold deposit |
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图 9 邓格庄金矿钾长石化二长花岗岩中的热液钾长石39Ar-40Ar坪年龄及等时线年龄 Fig. 9 Apparent age spectrum (a), isochron (b) and reverse isochron (c) for hydrothermal potassium feldspar from potassium feldspar monzogranite in the Denggezhuang gold deposit |
样品39Ar-40Ar同位素分析结果列于表 2，相应的坪年龄见图 10。误差置信区间为2σ，绢云母经过9个阶段的分步加热，加热区间为850~1400℃，其中1000~1100℃的温度即第4至第6加热阶段内，样品的年龄谱形成相对较平坦的年龄坪，所获得的坪年龄为104.83±1.09Ma。
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图 10 邓格庄金矿黄铁绢英岩化蚀变岩中的绢云母39Ar-40Ar坪年龄 Fig. 10 Apparent age spectrum for sericite from pyrite sericitolite in the Denggezhuang gold deposit |
铅同位素测试分析结果见表 3。206Pb/204Pb值变化于17.007~17.304，均值为17.087；207Pb/204Pb值变化于15.414~15.509，均值为15.447；208Pb/204Pb值37.374~37.708，均值为37.507。
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表 3 邓格庄金矿主成矿阶段硫化物样品铅同位素特征值统计表 Table 3 The Pb isotopic composition of sulfides in main metallogenic stage from the Denggezhuang gold deposit |
硫同位素测试分析结果见表 4。矿石硫化物的δ34S变化范围为2.7‰~13‰，平均值8.79‰，δ34S值的总体变化范围较小。
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表 4 邓格庄金矿硫化物样品δ34S测试结果 Table 4 The S isotopic composition of sulfides in the Denggezhuang gold deposit |
邓格庄金矿石英的δ18O值变化范围在7.9‰~15.9‰之间，流体包裹体中的δD值变化范围在-99.8‰~-80.7‰之间。根据热液矿物(石英)-水体系的氧同位素分馏方程：1000lnα石英-水=3.09×106/T-2-3.29(张理刚，1985)，结合流体包裹体显微测温结果，计算出成矿流体的δ18OH2O值变化范围在-1.37‰~7.49‰之间(表 5)。
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表 5 邓格庄金矿石英的氢氧同位素测试结果 Table 5 The O-H isotopic compositon of quartz in the Denggezhuang gold deposit |
胶东牟平-乳山成矿带中生代岩浆岩主要为昆嵛山杂岩体，包括五爪山弱片麻状含石榴石二长花岗岩、瓦善弱片麻状中粒二长花岗岩、垛崮山二长花岗岩3个岩体，呈岩基侵入荆山群变质岩系；在东部被中生代晚期三佛山斑状中粗粒二长花岗岩体侵入。与地处郭家岭-招远-郭家店-平度的侏罗纪玲珑、栾家河和白垩世郭家岭岩体在岩石性质、组合以及时代方面一致。另外，区内大量发育中基性脉岩，主要有煌斑岩、闪长岩玢岩和辉绿岩脉中基性脉岩。
昆嵛山二长花岗岩高精度的锆石U-Pb年代学测试数据为155.8±2.1Ma，该年龄代表其结晶年龄，与近年来胡芳芳等(2004)所测的金青顶金矿二长花岗岩的年龄160±3Ma和郭敬辉等(2005)所测的乳山垛崮顶花岗闪长岩的年龄161±1Ma接近，基本可以代表牟平-乳山成矿带昆嵛山杂岩体成岩年龄。
结合近年来年代学研究资料(表 6)，胶东中生代岩浆岩可划分为三个阶段：
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表 6 胶东牟平-乳山成矿带中生代岩浆岩时代 Table 6 Mesozoic magmatic ages in Mouping-Rushan metallogenic belt, Jiaodong Peninsula |
第一阶段为侏罗纪(170~140Ma)，集中在晚侏罗纪(160~150Ma)，以形成壳熔花岗岩为特征，以东部昆嵛山岩体，西部玲珑和栾家河岩体为代表；
第二阶段为早白垩纪(130~110Ma)，形成壳幔混合特征的花岗岩，以东部三佛山岩体(115~111Ma)和西部郭家岭岩体(~130Ma)为代表，此期显著特点是形成大量与矿脉伴生的中基性脉岩；
第三阶段为晚白垩纪(110~100Ma)，形成偏碱性浅成花岗岩岩株或岩脉为主，主要为辉绿玢岩和碱长花岗斑岩岩脉，是成矿后岩浆作用，岩石学性质与区域上东部海阳、牙山岩体，西部艾山岩体属于同期产物(Li et al., 2013)。
邓格庄金矿成矿前钾长石化二长花岗岩中蚀变钾长石和黄铁绢英岩中蚀变绢云母是早期成矿流体热液蚀变的产物，此次测得的钾长石40Ar-39Ar的坪年龄为123.41±0.53Ma，等时线图截距年龄121.97±0.59Ma，反等时线截距年龄为122.71±0.76Ma和绢云母40Ar-39Ar年龄104.83±1.09Ma可能代表了早期石英脉的形成时间。近年来，很多研究者采用了与金矿脉体伴生的蚀变矿物绢云母、钾长石Ar-Ar法，含金石英脉中热液锆石SHRIMP U-Pb法，载金矿物黄铁矿Rb-Sr法等同位素定年手段，对胶东金矿进行了精细定年(表 7)。胡芳芳等(2004, 2006a)利用SHRIMP U-Pb法测得邓格庄含金石英脉中热液锆石的下交点年龄为120±36 Ma，测得金青顶金矿含金石英脉中热液锆石年龄为117±3Ma；利用绢云母40Ar-39Ar法测定了乳山金矿含金脉体旁围岩蚀变带中的绢英岩年龄为129Ma。薛建玲(2013)40Ar-39Ar法测得英格庄金矿钾长石的坪年龄为111.24±0.7Ma，照岛山金矿钾长石和绢云母的坪年龄为122.9±0.39Ma和114.58±0.44Ma。蔡亚春等(2011)Rb-Sr法测定的胡八庄金矿黄铁绢英岩中的绢云母等时线年龄为126.5±5.6Ma。吕文杰(2010)和Zhang et al. (2003)对蓬莱-栖霞成矿带破碎带型杜家崖(石英闪长玢岩锆石U-Pb法)、蓬家夼(石英、黑云母40Ar-39Ar法)、大庄子(石英40Ar-39Ar法)和发云夼(黄铁矿Rb-Sr法)获得的结果分别为115~129Ma。最近，Zhang et al. (2003)、Yang et al. (2017)和Wang et al. (2015)分别测定了招远-莱州成矿带上的仓上(蚀变岩绢云母40Ar-39Ar法)、焦家(蚀变岩绢云母、白云母40Ar-39Ar法)、望儿山(蚀变岩绢云母40Ar-39Ar)和新城(黄铁矿Rb-Sr法)蚀变岩型金矿，得到其成矿年龄为119~121Ma。Yang and Zhou (2001)利用黄铁矿Rb-Sr法测得玲珑石英脉型金矿成矿年龄为122~123Ma。从各个矿区和各种成矿类型金矿得到的金成矿年龄具有惊人的一致性，成矿作用发生在100~130Ma，以120 ±10Ma为高峰期，从历史地质学的角度看，具有瞬时大爆发特征，暗示它们受某一次统一的重大地质事件的制约。大规模成矿时间滞后于大规模岩浆岩(140~160Ma)形成的时间，而与第二阶段早白垩纪三佛山岩体和郭家岭岩体同期。
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表 7 胶东金矿成矿年龄统计表 Table 7 Isotopic ages obtained for gold deposits in Jiaodong pennisula |
邓格庄金矿赋矿围岩为昆嵛山二长花岗岩，虽然同位素等证据表明其与胶东群、荆山群和金矿体具有一定的同源性，但由于其成岩年龄与成矿年龄相差较大(约40Myr)，所以并非本区金矿成矿母岩。早白垩世斑状花岗岩分布在乳山潭家口小孤山及凉水湾一带, NNE向展布三佛山岩体(胶西北为郭家岭岩体)，时间上与金矿相近，成因上具有壳幔混合特征，代表了强烈的构造-岩浆活动时间，且Pb同位素和O同位素等都与矿石相似，大多数学者曾提出其为金矿的成矿地质体，认为早白垩世斑状花岗岩在成岩过程中不仅为成矿物质就位提供了通道，甚至也可能为成矿提供了部分物质。但根据进一步野外调查和深化研究，发现三佛山岩体和郭家岭岩体属于中深成相，分布范围太大，且含矿断裂穿切郭家岭岩体，所以认为郭家岭和三佛山岩体不是金矿的成矿地质体。区内脉岩发育，主要有中生代闪长玢岩脉、煌斑岩脉等，时间上和金矿体成矿时间一致(130~110Ma)，空间上与金矿体紧密伴随，成矿前后裂隙发育，能对金矿成矿热液的运移起到导矿和容矿作用，可作为深源流体通道，并可封堵成矿热液沿裂隙扩散，对成矿元素在有利构造位置积聚成矿发挥着重要作用。脉岩发育区是寻找金矿的重要靶区，区内脉岩的分布和产状特征的详细研究是进一步找矿的基础。但是脉岩中含有Au等成矿物质有限，因此不是成矿物质的直接提供者。近年来在胶东栾家河金矿深部发现了石英闪长岩体，岩体具有金矿化，与金成矿关系密切，年龄为120Ma左右，可能为金矿的成矿地质体(待发表)。以上结果表明，胶东金矿是在同一热事件，不同构造环境下形成的，其形成与早白垩世岩浆岩息息相关。
4.2 成矿物质来源从表 3可以看出，本区所测9个样品206Pb/204Pb值、207Pb/204Pb值和208Pb/204Pb值变化范围均较小，极差均≤1。206Pb/207Pb变化范围为1.0747~1.1501，均值为1.1035；胶东群206Pb/207Pb变化范围为1.1023~1.1192，均值为1.1062，变化范围属于均正常铅的范畴(0.89~1.20)，表明该区未经历大规模放射铅的叠加。
通常认为，铅同位素源区特征值，尤其μ值的变化能提供地质体经历地质作用的信息，反映铅的来源。μ值低于9.74 (Stacey and Kramers, 1975)或低于9.58 (Doe and Zartman, 1979)的铅分别来自下地壳或上地幔。从铅同位素源区特征参数分析可知，本区铅同位素μ值相对集中，金矿9个样品μ值变化范围集中在为9.30~9.48，均值为9.35，μ值差别不大，说明金矿Pb源主要来自下地壳或上地幔。
通过对金矿的铅同位素构造模式图解可知(图 11)，数据点落在造山带铅和岩浆作用下地壳-地幔俯冲混合铅范围内；胶东群和昆嵛山二长花岗岩铅同位素值分布较为分散，既有下地壳铅、造山带铅、也有地幔铅和上地壳铅，但主要落在造山带铅、地幔铅和下地壳铅之间。因此，本区金矿体与赋矿主岩具有共同的成因联系，具有地壳与地幔混合铅的特征，反应了深源物质在成岩成矿过程中起到了重要的作用。
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图 11 邓格庄金矿及其赋矿主岩的铅同位素构造模式图解(底图据Zartman and Doe, 1981) 除本文数据外，其余数据薛建玲，2013. M-地幔铅；O-造山带铅；LC-下地壳铅；UC-上地壳铅 Fig. 11 206Pb/204Pb vs. 207Pb/204Pb and 206Pb/204Pb vs. 208Pb/204Pb plots of the Denggezhuang gold deposit and its host rocks (base map after Zartman and Doe, 1981) |
从矿石铅同位素的Δγ-Δβ成因分类图解上可以看出(图 12)，邓格庄金矿矿石铅同位素主要落在造山带铅范围，少量落在与岩浆作用有关的上地壳与地幔混合的俯冲铅范围；胶东群和昆嵛山二长花岗岩也主要落在造山带铅范围，部分落在上地壳铅和地幔铅范围。
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图 12 邓格庄金矿及其赋矿主岩铅同位素的Δγ-Δβ成因分类图解(底图据朱炳泉，1988) 除本文数据外，其余数据薛建玲，2013. 1-地幔源铅；2-上地壳源铅；3-上地壳与地幔混合的俯冲铅(3a，岩浆作用；3b，沉积作用)；4-化学沉积型铅；5-海底热水作用铅；6-中深变质作用铅；7-深变质下地壳铅；8-造山带铅；9-古老页岩上地壳铅；10-退变质铅 Fig. 12 Δγ vs. Δβ plots of the Denggezhuang gold deposit and its host rocks (base map after Zhu, 1988) |
因此邓格庄金矿铅同位素组成变化较小，属于正常铅，铅源主要来源于与俯冲造山作用有关的以下地壳为主的壳幔混合铅。该结果，印证了中生代晚期(J2-K1)太平洋板块向欧亚板块之下俯冲的事件(胡受奚等，2002)。
通过对邓格庄金矿矿石的硫同位素测定显示(表 4)，硫同位素数据范围较窄，绝大多数的值集中在+8.4‰~+10.8‰之间，各阶段δ34S(‰)变化不大，呈现明显的塔式分布。邓格庄金矿与昆嵛山二长花岗岩、胶东群、荆山群变质岩和中生代脉岩，以及牟平-乳山成矿带其他金矿δ34S值相近(图 13)，具有岩浆热液硫同位素变化小的特点，说明老地层对成矿流体中的硫有贡献，金矿与赋矿主岩有一定的继承性。金成矿事件与胶东地区壳幔混合型花岗岩浆作用有关，δ34S值相对较高是由于含矿溶液上升结晶过程伴生花岗岩和变质岩混染的结果(薛建玲等，2018)。
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图 13 邓格庄金矿硫同位素组成及对比图 除本文数据外，其余数据薛建玲，2013；薛建玲等，2018 Fig. 13 Sulfur isotope compositions from the Denggezhuang gold deposit and comparision diagram of the δ34S |
KSD-12样品δ34Ssphlerite值为10.4，δ34Sgalena值为8.4，ZK6-1-2样品δ34Ssphlerite值为13，δ34Sgalena值为9，均是δ34Ssphlerite>δ34Sgalena，说明共生硫化物硫值达到了平衡状态；对其共生的闪锌矿-方铅矿矿物对计算得出温度：KSD-12样品为351.35℃，ZK6-1-2样品为168.44℃，和流体包裹体所测的均一温度基本一致(167~369℃)，属于中低温岩浆热液型矿床(薛建玲等，2017)。
邓格庄金矿石英流体包裹体δ18OH2O值变化范围在-1.37‰~7.49‰之间(表 5)，成矿流体符合Sheppard et al. (1969)提出的岩浆水特征(δ18OH2O=5.5‰~9.5‰)。从石英流体包裹体δD-δ18OH2O同位素图解上(图 14)可以看出，邓格庄金矿成矿流体的氢氧同位素数据点均分布于岩浆水中及其左下部，从成矿早期至成矿晚期由岩浆水向大气降水漂移，说明本区成矿流体以岩浆水为主，成矿后期在地壳浅部遭受到有少量大气降水的混合。本次测试样品采自邓格庄金矿外围(北部)钻孔，石英流体包裹体δ18OH2O值变化范围在-1.37‰~0.19‰之间，明显低于邓格庄金矿深部5.87‰~7.49‰(薛建玲等，2018)，可能与金矿北部剥蚀程度较浅，更多的大气降水参与所致。氢氧同位素和氦氩同位素示踪流体来源的结果一致。
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图 14 邓格庄金矿石英流体包裹体氢氧同位素图解(底图据Taylor, 1979) Fig. 14 δD vs. δ18OH2O diagram of the Denggezhuang gold deposit (base amp after Taylor, 1979) |
邓格庄石英脉型金矿成矿流体中大气降水的参与量与胶西北蚀变岩型金矿相差不大(Li et al., 2015)，而明显低于胶莱盆地滑脱构造带型金矿(严育通，2010)。大气降水量参与程度自栖霞胶莱盆地和盆地边缘地区向周边呈现降低的趋势(图 15)。
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图 15 胶东金矿δ18OH2O同位素特征填图(据严育通，2010) Fig. 15 Characteristic mapping of isotope of δ18OH2O in Jiaodong gold deposits (after Yan, 2010) |
上述氢氧同位素研究表明，胶东地区在栖霞胶莱盆地和盆地边缘大气降水的参与量最大。但以金矿成矿溶液平均含金10×10-9计算，迁移和运载效率100%，形成胶东金矿4000多吨金矿，需要4×1012t(约3000km3)的水才能够提供水源，所以天水是不够的，必须具备大体积的地表淡水库。胶莱盆地面积14000km2，总体呈北东向，地层总厚度约6000m。分别为莱阳群，页岩为主，1500m厚；青山群，火山岩为主，1600m厚(年龄119.6~111.4Ma，邱检生等，1996)；王氏群，红色砂砾岩，3000m厚，为断陷盆地(李洪奎等，2009)。其中，青山群火山岩和胶东成矿年龄一致。从白垩纪青山群沉积期岩相古地理图上可以看出(图 16)，胶莱盆地被三山岛-苍上、龙(口)-莱州、招远-平度三条深大断裂带贯通。因此认为胶东金矿的形成存在地表湖泊水，即胶莱盆地的水的参与作用。
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图 16 胶东白垩纪青山群八亩地组及大盛群小店组、大土岭组、马朗组沉积期岩相古地理图(110~120Ma)(据叶天竺等，2014) 1-莱阳群沉积；2-安山岩；3-砂砾岩；4-火山喷发中心；5-地质界线；6-断裂及盆地同生断裂；7-沉积等厚线(m)；8-现代海岸线. KDm-白垩纪大盛群马朗沟组；KDd-白垩纪大盛群大土岭组；KDx-白垩纪大盛群小店组；KQb-白垩纪青山群八亩地组 Fig. 16 Lithofacies palaeogeographic map of Bamudi Fm. of Cretaceous Qingshan Group, Xiaodian Fm., Datuling Fm. and Malang Fm. of Cretaceous Dasheng Group in Jiaodong (110~120Ma) (after Yetianzhu et al., 2014) |
胶东无论是石英脉型还是破碎蚀变岩型矿床包裹体都较小，盐度较低(＜10% NaCleqv)，成矿温度横向和纵向均变化不大(一般150~300℃)，成矿时代相同，均受断裂构造和白垩纪岩体双重控制，成矿特征比较简单，矿化特征变化简单，矿体侧伏规律基本一致，说明构造定型速度很快，为爆发式瞬间成矿。那究竟为何形成破碎蚀变类型和石英脉型金矿两种类型？从图 16中可以看出，胶东西北部深大断裂贯通胶莱盆地，而胶东东部深大断裂未贯通胶莱盆地。通过当时中生代断陷盆地的边界断裂形成大规模的活动性导水构造和成矿流体的导流构造，两者复合而形成半开放环境下规模巨大的蚀变岩型金矿(叶天竺等，2014)。因此贯通断裂形成破碎蚀变岩型金矿，非贯通断裂形成石英脉型金矿。破碎蚀变岩型金矿是由于当时胶莱盆地边缘断裂和贯通断裂而形成的典型的“火锅效应”。
因此本区金矿成矿物质并非来源于看似关系密切的围岩，而是源于深部流体，具有壳幔混合的特征，成矿流体以岩浆水为主，少量的大气降水参与了成矿过程。地表湖泊水即胶莱盆地的水的参与胶东成矿作用，深大断裂是否贯通是造成石英脉型和蚀变岩型两种矿化类型差异的原因。
4.3 区域成矿动力学背景及成矿模式120±10Ma (早白垩世)前后胶东地区所在的华北克拉通东部中生代动力学机制发生重大转折的关键时段。此时古太平洋板块向欧亚大陆斜向快速俯冲、不同板块(华北板块与西伯利亚板块、华北板块与扬子板块)发生碰撞缝合、郯庐断裂发生强烈左行走滑、区域应力场从挤压转变为强烈引张、大规模的地幔上涌和岩石圈减薄、壳-幔相互作用强烈。与上述过程相对应的是胶东地区活跃的地质流体迁移和大规模金属爆发成矿作用(Deng et al., 2003a, b, 2017; 翟明国等，2004; Fan et al., 2016；Li and Santosh, 2017)。
金大规模成矿作用究竟是受大别-苏鲁超高压碰撞造山带及其造山后效应的制约，还是受西太平洋俯冲带远程效应的影响？本文认为古太平洋板块向欧亚大陆俯冲，和华北板块与扬子板块等地质成矿作用都可能为金的成矿提供物源、热源和动力源等有利条件。自晚侏罗世开始，太平洋板块由南西转向北北西向俯冲欧亚大陆，对中国东部大陆产生强烈的推挤作用，使古大洋板块逐渐倾没于东亚大陆板块之下，在软流圈中诱发的对流将地幔物质带至上地幔和下地壳并加热，造成软流圈上拱、岩石圈减薄以及地壳强烈拉伸，进一步引发壳幔物质相互频繁交换(Deng et al., 2018)，巨量成矿元素富集。至120±10Ma古太平洋板块后撤，应力松弛，成矿流体上升就位而形成金矿。晚三叠世华北板块与扬子板块发生全面碰撞(Sun et al., 2002)，晚侏罗世造山带地壳和岩石圈的挤压、拆离、俯冲、隆升等构造作用达到高潮(陈衍景等，2004; Zhang et al., 2013, 2016)，早白垩世其引发的华北岩石圈减薄达到高峰，地幔上涌，地幔和下地壳发生大规模置换(Yang et al., 2003; Zhai et al., 2004; 翟明国等, 2004)，金等成矿元素可能发生局部预富集，为120±10Ma (早白垩世)构造-岩浆-金成矿事件提供有利条件。古太平洋板块俯冲作用方向改变与成矿作用时间相同，相对板块碰撞引发的大别-苏鲁超高压碰撞造山带及其造山后效应的制约影响较大。
胶东金矿从成矿流体的深源性、大纵深脉状成矿、成矿深度大等方面考虑与造山型金矿相似。但成矿流体不是以变质流体为主，成矿的动力学背景也不是典型的造山的过程。胶东金矿可能主要是古太平洋板块俯冲，诱发了早白垩世华北岩石圈减薄事件(Zhai et al., 2004; 翟明国等，2004; Deng et al., 2017)，地幔软流圈岩浆和流体上涌，壳幔解耦，下地壳重熔过程中产生具有岩浆热液性质的混合流体，以白垩世岩浆为主要载体向上运移分离并沉淀出成矿物质的结果。深部流体由深部挤压断裂，在循环上侵过程中与围岩发生大规模的水岩反应，当成矿流体继续上侵进入张剪性断裂空间时，由于温度、压力等条件的改变，成矿流体迅速发生沸腾，形成不同阶段的流体填充(高太忠等，2001)。从成矿机制上看，邓格庄金矿的成矿流体不是变质流体，成矿作用也不是变质作用。地质证据结合测试数据表明邓格庄金矿是与白垩系岩浆岩有关的，受断裂构造控制，并以大面积钾长石化为特征标志的中温岩浆热液型矿床。此模式(图 17)的提出对深部成矿远景预测有指导意义。
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图 17 胶东金矿矿床成因模式(据Li et al., 2015) Fig. 17 Genetic model of Jiaodong gold deposits (after Li et al., 2015) |
(1) 邓格庄金矿围岩昆嵛山二长花岗岩高精度的锆石U-Pb年龄为155.8Ma，并非金矿成矿母岩。
(2) 胶东地区金矿成矿时代集中在120±10Ma，区域上具有瞬时大爆发的特征。
(3) 铅同位素组成变化较小，属于正常铅，与赋矿主岩具有共同的成因联系，铅源主要来源于与俯冲造山作用有关的以下地壳为主的壳幔混合铅。
(4) 硫同位素(δ34S值集中在8.4‰~10.8‰)显示主要为岩浆硫，成矿物质可能来源于深部岩浆。共生矿物对计算得出成矿温度为351.35℃和168.44℃，属于中低温岩浆热液型矿床。
(5) 氢氧同位素结果表明成矿流体以岩浆水为主，少量的大气降水参与了成矿过程，地表湖泊水即胶莱盆地的水参与胶东金成矿作用。
(6) 邓格庄金矿以伴随华北克拉通岩石圈减薄软流圈物质上涌地壳拉张而使壳幔混合流体在浅部集中成矿为基本特征，其形成与白垩世岩浆岩活动有关的，矿体分布受断裂构造控制，属于以大面积钾长石化为特征标志的中温岩浆热液型矿床。
致谢 论文的完成得益于邱昆峰副教授等老师的悉心指导；野外工作得到烟台牟平金矿工作人员的大力支持和帮助；实验过程中得到了北京大学和核工业北京地质研究院同位素实验室老师的指导；评审专家审阅论文并提出了宝贵修改意见；在此一并表示衷心的感谢。
谨以此文恭祝翟裕生先生九十华诞暨从事地质科学工作七十周年!
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